Mollusks growth is a very important and sensitive response to environmental stresses sincethey are good indicators of the available amount of contaminants in the water; reduced growth represents adverse environmental effects and possible effects on the population.Sweden has about 3,000 Natural Reserves and 28 National Parks. Kosterhavets is the first National Marine Park and it is located on the west coast of Sweden, it is also considered one of the most vulnerable areas since 6000 marine species can be found here and about200 are found nowhere else. It is not only a touristic destination; it is also a home and a work place to many people. The type of pollutants and environmental impacts that areproduced by recreation activities on marinas on such park depend very much on the amount of boats. Mytilus edulis has been widely used to monitor the biological effects of contamination by different ways, such as chemical analysis and biological responses. Themain goal of this project was to assess the status of three different marinas with high and low boat traffic and use the shell length of the blue mussel M. edulis as a potential bioindicator to detect effects from boating activities pressures. The main findings arising from this study are that the sizes of the mussels from the three areas with high boat traffic are significantly smaller than the area with little boat traffic. / <p>www.ima.kth.se</p>

A wave energy park has been established on the Swedish west coast outside Lysekil and pioneer work about its interactions with the marine environment has been conducted. So far, little is known about the effects of offshore energy installations on the marine environment, and this thesis assists in minimizing environmental risks as well as in enhancing potential positive effects on the marine environment. The Lysekil research site is situated about two kilometres offshore and has been under development since 2005. During this time 26 “environmental devices”, without generators, consisting of a steel buoy attached via a wire to a foundation on 25 m depth have been placed out for ecological studies on macrofauna in surrounding sediments and on colonization of the foundations and the buoys. Sediment samples to examine macrofauna in the seabed have been taken during five seasons. Biomass, abundance and diversity of infauna in the test site were generally low, but higher than in a nearby control site. The species composition was typical for the area and depth. In addition to sediment analysis, the effect of wave power concrete foundations on the marine environment has been investigated by scuba diving. The surface orientation and its effect on colonization by sessile organisms was examined on the first five foundations, placed out in 2005, and observations of habitat use by fish and crustaceans were made. The results show a succession of colonization over time (three years of investigation) with a higher cover by sessile organisms on vertical surfaces. Mobile fauna abundance on and around the foundations was generally low. Three months after the deployment of the 21 new foundations in 2007, assemblages of mobile organisms were examined visually. Also here, mobile species exhibit a low density, but still higher than on surrounding soft bottoms. The edible crab used artificial holes in the foundations frequently. The foundations were placed in two different clusters, north and south, and the degree to which early recruits covered the foundations and the succession of epibenthic communities were documented during two years. Sessile organisms colonized the northern foundations more rapidly, producing a higher diversity which suggests that the placement of wave energy devices affects colonization patterns. Biofouling on buoys was examined and blue mussels, Mytilus edulis, dominated with a cover about 90%. Wave exposed buoys were particularly favoured by M. edulis which there had a higher biomass and larger shells compared to those on sheltered buoys. Biofouling on wave power buoys, independent whether these had a cylindrical or toroidal shape, was insufficient to markedly affect their energy production. Finally, the thesis incorporates a review describing wave power projects in general pointing out the need of future research on for instance no-take zones, marine bioacoustics and electromagnetic fields. The main conclusions are that large-scale renewable wave energy conversion will cause ecological impact primarily by adding new hard substrate to an area but not by harming organisms or decreasing biodiversity within wave power parks.

Chez les invertébrés benthiques marins à cycle de vie bentho-pélagique, le taux de fixation-métamorphose est l'un des facteurs déterminant du succès de recrutement et donc du renouvellement des populations. Relié à l'abondance et au comportement des stades péri-métamorphiques (larves compétentes et post-larves), le taux de fixation est régulé par l'interaction de multiples facteurs endo- et exogènes. Prérequis du fonctionnement vital des organismes hétérotrophes, la ressource trophique est un facteur exogène biotique d'importance puisqu'elle affecte leur condition physiologique. Son influence sur le recrutement n'est souvent envisagée que d'un point de vue quantitatif alors que les recherches menées en laboratoire attestent de l'importance de sa qualité lipidique. Dans ce contexte, la présente étude a pour objectif principal d'évaluer l'influence de la qualité de la ressource trophique sur le succès de recrutement et implique la moule bleue (Mytilus edulis, L 1758) comme modèle biologique. La recherche se concentre sur les sources de nourriture potentiellement disponibles pour les stades péri-métamorphiques soit, le plancton et le biofilm. Une emphase est portée aux acides gras polyinsaturés (PUFA) et essentiels (EFA), dont le caractère indispensable aux organismes aquatiques est largement admis. De plus, les études menées sur le recrutement décrivent un découplage bentho-pélagique entre larves et recrues, une importante variabilité spatio-temporelle de la fixation, ainsi qu'une synchronisation du pic de fixation. La disponibilité en larves et le comportement sont souvent les facteurs incriminés, mais l'origine de tels phénomènes demeure encore incertaine. La présente étude propose donc d'apporter des éléments de réponse supplémentaires en fournissant une analyse fine de la variabilité spatio-temporelle au cours de l'ontogénie larvaire. Ce projet est constitué de trois grands axes de recherche dans lesquels nous définissons la fixation comme le processus par lequel les individus s'associent au substrat, et le recrutement comme le nombre d'individus présents à un temps t de la vie benthique : i) Considérant la théorie de " match/mismatch " de Cushing, nous posons les hypothèses que la concentration en EFA dans la nourriture influence les succès de fixation et de recrutement. Nous avons suivi simultanément le développement larvaire et les conditions trophiques pendant deux saisons de reproduction successives (2007 et 2008); ii) Considérant le biofilm comme une ressource trophique potentielle, nous posons les hypothèses que le taux de fixation augmente avec l'âge du biofilm et son contenu en EFA. Nous avons conditionné et caractérisé finement des biofilms en milieu naturel afin de tester leur influence sur le succès de fixation des moules; iii) Considérant le rôle important du comportement et des conditions physiologiques des stades péri-métamorphiques, nous posons les hypothèses d'une importante variabilité spatiale à petite échelle, d'un découplage bentho-pélagique et d'un avantage physiologique lors du pic de fixation. Nous avons suivi le développement larvaire dans plusieurs sites, ainsi que la qualité lipidique des post-larves et de leur nourriture. Nos résultats mettent en évidence le contrôle prédominant des communautés phytoplanctoniques sur le succès de recrutement de la moule bleue via deux processus novateurs : i) le " match/mismatch " avec la qualité lipidique du plancton et ii) le déclencheur trophique de la fixation (" trophic settlement trigger ", TST). Le rôle nutritionnel des PUFA/EFA semble important pour le recrutement de l'année, mais leur teneur dans les compartiments benthiques et pélagiques ne semble pas pour autant affecter le comportement et la physiologie des jeunes moules au cours de la saison. Ces dernières semblent répondre fortement aux variations d'abondance du picoplancton autotrophe (picoeucaryotes, < 2 μm) au sein de ces deux compartiments. Enfin, nos résultats montrent un couplage bentho-pélagique entre larves et recrues, et suggèrent pour la première fois que le découplage dépende de deux traits comportementaux typiques des bivalves : le retard de métamorphose et la dérive bysso-pélagique. Cette recherche apporte de nouvelles pistes de réflexion quant à l'écologie des invertébrés benthiques et souligne l'importance de considérer la composante planctonique et le comportement au cours de l'ontogénie larvaire et post-larvaire lors des travaux menés sur la dynamique des populations en milieu naturel. Une emphase particulière devrait être portée sur la qualité lipidique et la composition taxonomique de la ressource trophique, et la séparation des différents stades de développement semble nécessaire pour comprendre la dynamique des populations. La notion de TST constitue le point majeur de l'étude puisqu'il s'agirait d'un signal indépendant de l'habitat prospecté qui synchroniserait un comportement de fixation, peu importe la qualité du substrat et/ou l'histoire de vie des individus.

Mollusc shells are unique adaptations that serve to protect the organisms that make them, and are a defining feature of the phylum. However the molecular underpinnings of shell forming processes are still largely unexplored. To further understand mollusc shell formation, I studied three bivalve species in this project: the blue mussel Mytilus edulis, the Pacific oyster Crassostrea gigas, and the king scallop Pecten maximus. While previous analyses of the shell proteomes showed species specificity, transcriptomes of the mantle tissues revealed more commonalities. To reconcile these differences, I studied differential gene expression in shell damage-repair experiments and during the formation of the first larval shell, to produce a comprehensive overview of shell formation processes. Expression data showed large biological variability between individuals, requiring matched-pair experimental designs to detect differential gene expression during shell repair. Loci differentially expressed during shell repair and in the larvae encoded shell matrix proteins, transmembrane transporters, and novel transcripts. A large number of shell matrix proteins, encoded in differentially expressed loci, were common in all three species during shell formation, indicating that shell forming proteins between different species may be more common than previously thought. Differential expression of transmembrane transporters during shell repair indicated that the animals may be regulating bicarbonate ions during shell formation. Finally, the experiments revealed novel transcripts, with unknown annotations to public datasets, that may putatively be involved in shell formation.

Yes / The Mg/Ca ratios of biogenic calcite is commonly seen as a valuable palaeo-proxy for reconstructing past ocean temperatures. The temperature dependence of Mg/Ca ratios in bivalve calcite has been the subject of contradictory observations. The palaeoceanographic use of a geochemical proxy is dependent on initial, rigorous calibration and validation of relationships between the proxy and the ambient environmental variable to be reconstructed. Shell Mg/Ca ratio data are reported for the calcite of two bivalve species, Mytilus edulis (common mussel) and Pecten maximus (king scallop), which were grown in laboratory culturing experiments at controlled and constant aquarium seawater temperatures over a range from 10 to 20 C. Furthermore, Mg/Ca ratio data of laboratory- and fieldgrown M. edulis specimens were compared. Only a weak, albeit significant, shell Mg/Ca ratio¿temperature relationship was observed in the two bivalve species: M. edulis (r2=0.37, p<0.001 for laboratory-cultured specimens and r2=0.50, p<0.001 for field-cultured specimens) and P. maximus (r2=0.21, p<0.001 for laboratory-cultured specimens only). In the two species, shell Mg/Ca ratios were not found to be controlled by shell growth rate or salinity. The Mg/Ca ratios in the shells exhibited a large degree of variability among and within species and individuals. The results suggest that the use of bivalve calcite Mg/Ca ratios as a temperature proxy is limited, at least in the species studied to date. Such limitations are most likely due to the presence of physiological effects on Mg incorporation in bivalve calcite. The utilization is further limited by the great variability both within and among shells of the same species that were precipitated under the same ambient conditions

This thesis focuses on toxicity and occurrence of hydroxylated polybrominated diphenyl ethers (OH-PBDEs) in Baltic Sea biota. The aims were to assess OH-PBDEs potency for disruption of oxidative phosphorylation (OXPHOS) and determine their and related compounds exposure in Baltic blue mussel, herring and long-tailed duck. A method for analysis of OH-PBDEs in herring and long-tailed duck plasma was also evaluated. Relevant OH-PBDEs were tested in vitro for OXPHOS disruption, using a classic rat mitochondrial respiration assay and a cell mitochondrial membrane potential assay. All compounds were found to disrupt OXPHOS either by protonophoric uncoupling and/or via inhibition of the electron transport chain. 6-OH-BDE47 and 6-OH-BDE85, were identified as particularly potent OXPHOS disruptors. Strong synergism was observed when OH-PBDEs were tested as a mixture corresponding to what is present in Baltic blue mussels. Baltic blue mussel is main feed for several species of mussel feeding sea ducks which have decreased dramatically in numbers. To assess long-tailed ducks exposure to brominated substances, liver tissue from long-tailed ducks wintering in the Baltic Sea and blue mussels were analysed. The result confirms that long-tailed duck are exposed to OH-PBDEs via their diet. However, low concentrations were found in the duck livers, which suggest low retention of these compounds despite daily intake. How the nutritional value of blue mussels as feed for sea ducks are affected by OH-PBDE exposure still needs further studies. Other species of sea ducks foraging on Baltic blue mussels during summer months can also be more exposed due to seasonal variation in primary production. Herring sampled in the Baltic Proper and Bothnian Sea, were found to contain OH-PBDEs and high levels of their methylated counterpart, MeO-PBDEs. As demethylation of MeO-PBDEs is known to occur in fish, MeO-PBDEs may pose as additional source for more toxic OH-PBDEs in herring and their roe. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript. Paper 3: Manuscript.</p>

L’accroissement de la population humaine mondiale a des répercussions majeures, ce n’est donc pas surprenant, compte tenu de la nécessité de nourrir une population grandissante au niveau planétaire, que la production en conchyliculture ait augmenté au cours des dernières décennies. Or, les connaissances acquises concernant les divers facteurs du déterminisme du sexe et du rapport des sexes chez les bivalves sont très limitées et cela pourrait ralentir grandement le taux de production des éleveurs et leur capacité à intervenir si les stocks venaient à diminuer de façon inquiétante. Certains travaux mentionnent que certains facteurs environnementaux, comme la température, auraient un effet sur le rapport des sexes chez une variété de bivalves, incluant la moule bleue commerciale Mytilus edulis, quoiqu’aucune étude n’ait validé cette dernière possibilité. Cela dit, il est possible que l’environnement des adultes puisse aussi affecter le phénotype de la progéniture. En effet, une transmission intergénérationnelle a déjà été identifiée chez Mytilus, mais la possibilité que les conditions des parents affectent le rapport des sexes spécifiquement n’a jamais été abordée. Il est toutefois connu qu’un facteur maternel présent dans l’œuf affecte le sexe de la progéniture et que cette espèce de bivalve a un mode de transmission des mitochondries particulier. Ce mode de transmission appelé « transmission doublement uniparentale » a rendu possible l’identification du sexe chez les embryons. De cette façon, 1938 embryons provenant de 25 croisements artificiels réalisés à trois températures et effectués lors de trois différentes années ont été analysés. Nos analyses mettent en évidence une variation significative dans la proportion de larves femelles entre les années passant de 64 % à 98 %. Dans certains cas, la proportion de femelle varie de 0 à 100 % entre les différents traitements. Même si un effet général sur le rapport des sexes n’était pas significatif, chaque croisement s’est avéré avoir une norme de réaction qui lui est propre face aux 3 différentes températures. Cette étude met en valeur l’effet important de l’environnement sur le déterminisme du sexe chez M. edulis, autant chez les parents que lors du développement des embryons. / The factors affecting sex determination still remain unknown for most bivalve species. Some studies reported that environmental factors, such as temperature, influence sex determination in certain species, and this has been hypothesized also for the blue mussel Mytilus edulis, but not experimentally validated yet. Adult exposure to different environmental conditions during gametogenesis, which occurs seasonally, may also affect offspring phenotype, including sex determination. Intergenerational carryover effects have been reported in bivalves, but the impact of parental exposures on offspring sex determination has not been examined so far. To address these questions, artificial fertilizations were performed on individuals collected in three different years and their embryos and larvae were reared at three different temperatures to specifically test if the environment influence offspring sex ratio through effects on parental developing gametes and/or on developing embryos. We took advantage of the doubly uniparental inheritance of mitochondria in bivalves to determine the sex of the larvae. The analysis of 1938 larvae from 25 crosses revealed that the overall proportion of female larvae was significantly different among years, varying from 64 % to 98 %. While the proportion of female larvae across temperature ranged from 0 to 100 % in some cases, the reaction norms were cross-specific and there were no significant effects of rearing temperature on sex ratio. Taken together, our results suggested that sex determination in M. edulis occur during the gametogenesis according to the genotype of the parents, but could also be changed during the development. More importantly, both processes are strongly affected by environmental conditions.

Les mitochondries sont généralement transmises de façon strictement maternelle. Chez les animaux, il existe une seule exception à ce mode de transmission mitochondriale : la transmission doublement uniparentale (DUI). La DUI est retrouvée uniquement chez certaines espèces de bivalves. Les mâles possèdent dans leurs gamètes le génome mitochondrial paternel, alors que les femelles ont dans leurs oeufs le génome mitochondrial maternel. Ces génomes possèdent respectivement m-orf ou f-orf, un cadre de lecture supplémentaire (outre les 13 codant pour les protéines mitochondriales de référence) potentiellement codant. La présence de ces ORF étant liée au sexe de l’animal, l’hypothèse a été avancée que ces protéines pourraient jouer un rôle dans le maintien de la DUI ou dans le déterminisme sexuel chez ces espèces. Ce projet consiste donc à mieux cerner les fonctions potentielles de ces orfs chez la moule bleue Mytilus edulis. Pour caractériser leur expression, nous avons procédé à des tests d’immunobuvardage sur des lysats de tissus gamétiques et somatiques mâles et femelles, ainsi qu’à des tests d’immunofluorescence sur des cultures cellulaires des deux sexes. Aussi, nous avons effectué des co-immunoprécipitation et des essais pull-down pour préciser les fonctions des protéines par l’entremise des partenaires d’interaction. Nous avons pu observer la présence de M-ORF dans les gonades mâles uniquement, plus particulièrement dans les mitochondries des spermatozoïdes et dans l’acrosome, et ce, uniquement durant la saison de reproduction des moules. F-ORF, cependant, était produite dans tous les tissus à tous les moments de l’année, encore une fois dans les mitochondries des cellules. Les deux protéines ont de nombreux partenaires d’interactions possibles, dont plusieurs sont liés à des processus spécifiques au sexe ou encore aux acides nucléiques. Les protéines M-ORF et F-ORF sont donc bien fonctionnelles. Leurs partenaires potentiels sont multiples, et d’autres essais doivent être effectués afin de préciser les fonctions des protéines. La présence dans l’acrosome de M-ORF est toutefois d’un grand intérêt en lien avec son rôle potentiel dans le DUI et le déterminisme sexuel. / Mitochondria are usually transmitted by strict maternal inheritance. In animals, there is only one exception to this: doubly uniparental inheritance (DUI). DUI can be found only in some bivalve species. Males have in their sperm a paternal mitochondrial genome whereas females have in their eggs the maternal mitochondrial genome. Both genomes possess an orf (other than the 13 coding for annotated mitochondrial proteins) that can potentially code for a protein, called respectively m-orf and f-orf. These genes are sex-specific in gametes, which brought the possibility that there is a link between the orfs and the maintenance of DUI or with sex determination in DUI species. Therefore, this project aims to have a better understanding of the potential functions of these proteins in the blue mussel Mytilus edulis. To demonstrate the proteins' existence, we did Western blot assays on gametic and somatic tissues from males and females, along with immunohistochemistry on cellular cultures of both sexes. To look for possible interaction partners, we did co-immunoprecipitation assays and pull-downs assays. Our results show expression of M-ORF in the male mantle only, more specifically in sperm mitochondria and acrosome. This is found only during the reproductive season of Mytilus edulis. However, F-ORF is expressed in all tissues all year in both sexes, in cells mitochondria. Both proteins have numerous possible interaction partners. Several are linked to sex-specific processes or to interactions with nucleic acids. Both M-ORF and F-ORF are expressed. Potential partners are multiple, and other assays have to be done to further ascertain these proteins' functions. However, the presence of M-ORF in acrosome is of great interest toward a potential function in DUI or in sex determination.

L’épigénétique se rapporte à un ensemble de mécanismes qui modifient l'expression des gènes sans modifier la séquence nucléotidique sous-jacente, produisant une large gamme de variations phénotypiques et répondant aux fluctuations de l'environnement externe ou interne. La méthylation de l'ADN est le processus épigénétique le plus étudié dans les génomes nucléaires des mammifères. Il existe toutefois des lacunes significatives dans la littérature concernant la méthylation de l'ADN mitochondrial (ADNmt), surtout chez les invertébrés. Les bivalves constituent un modèle particulièrement intéressant pour étudier l’épigénétique mitochondriale ou « mitoépigénétique » puisqu’ils possèdent un système de transmission uniparentale double (DUI) de leur mitochondrie, par lequel les mâles héritent des ADNmt paternel (ou mâle ; M) et maternel (ou femelle ; F). La présente étude avait pour objectif de confirmer l’existence de méthylation dans l’ADNmt de la moule bleue (Mytilus edulis), une espèce à DUI. Notre étude a permis de localiser, par immunofluorescence, des cytosines (5mC) et des adénines (6mA) méthylées, ainsi que des méthyltransférases spécifiques aux adénines et aux cytosines, au sein des mitochondries de cette espèce. Ces résultats sont appuyés par une détection de 5mC et de 6mA dans l’ADNmt par digestions enzymatiques, et confirment la présence de méthylation de l'ADNmt chez M. edulis. Nos résultats en immunofluorescence ont également dévoilé un lien entre la présence de 5mC et le stade de développement des gamètes mâles, c’est-à-dire que les gamètes immatures (spermatides) étaient tous méthylés (au niveau mitochondrial) alors qu’une faible proportion de gamètes matures (spermatozoïdes) présentait ce statut de méthylation. Ceci vient corroborer nos résultats enzymatiques, lesquels ont démontré une plus grande variabilité de méthylation entre les mâles qu’entre les femelles. Enfin, nous avons détecté, par séquençage du méthylome de l’ADNmt, un pic de 5mC en contexte non-CpG conservé entre les ADNmt M et F chez les mâles au sein de la région de contrôle de la réplication, soutenant les résultats d’études antérieures chez les vertébrés. Notre étude est la première à démontrer la présence de méthylation dans l’ADNmt d’une espèce DUI, et met en lumière le rôle potentiel de la méthylation de l'ADN dans leur système de transmission mitochondriale. / Epigenetics refers to a set of mechanisms that modify gene expression without altering the underlying nucleotide sequence, producing a wide range of phenotypic variations, and responding to the external or internal environmental fluctuations. DNA methylation is the most extensively studied epigenetic process in mammalian nuclear genomes. However, there are significant gaps in the literature concerning mitochondrial DNA (mtDNA) methylation, especially in invertebrates. Bivalves are a particularly interesting model for studying mitochondrial epigenetics or “mitoepigenetics”, as they possess a doubly uniparental inheritance (DUI) system of their mitochondria, whereby males inherit both paternal and maternal mtDNAs. The aim of this study was to confirm the existence of methylation in the mtDNA of the blue mussel (Mytilus edulis), a DUI species. Using immunofluorescence, we localized methylated cytosines (5mC) and adenines (6mA), as well as adenine- and cytosine-specific methyltransferases, in mitochondria of this species. These results are supported by the detection of 5mC and 6mA in mtDNA by enzymatic digestions, and confirm the presence of mtDNA methylation in M. edulis. Our immunofluorescence results also revealed a link between the presence of 5mC and the developmental stage of male gametes, i.e. immature gametes (spermatids) were all methylated in their mitochondria while only a small proportion of mature gametes (spermatozoa) showed this methylation status. This corroborates our enzymatic results, which demonstrated greater variability in cytosine methylation status among males than among females. Finally, we detected, by mtDNA methylome sequencing, a 5mC peak in non-CpG context conserved between the paternal and maternal mtDNA in males in the region responsible for control of replication (control region), supporting the results obtained in previous studies on vertebrate. Our study is the first to demonstrate the presence of mtDNA methylation in a DUI species, and highlights the potential role of DNA methylation in their mitochondrial transmission system.